説明

有機EL素子

【課題】 パッシベーション膜と平坦化膜の密着性を向上せしめ、水分や酸素等の浸入を阻止して薄型かつ高輝度長寿命の有機EL素子を提供する。
【解決手段】 電気絶縁性の平坦化膜12を表面に有するTFT基板11上に形成された第一の電極14と、第一の電極上に形成された有機発光層15と、有機発光層上に形成された第二の電極16と、第二の電極16および平坦化膜12を覆うようにして形成されたパッシベーション膜17を備える有機EL素子において、平坦化膜12はその厚みが外周部において徐々に薄くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光ディスプレイ、面発光光源などに用いられる有機EL素子に関するものである。
【背景技術】
【0002】
有機発光(有機EL)素子は、自発光であり視野角が広く、コントラストが高く、応答速度が速いといったLCDにない特徴を有しているため、近年開発が盛んに行われている。
【0003】
一般に有機EL素子は、基板と2層の電極層に挟まれた有機発光層からなる画素から構成されている。そして両電極間への通電によりそれぞれの電極から注入された正孔と電子とが有機EL発光層内で再結合し、このときのエネルギーにより発光現象を生じる。
【0004】
この発光現象を利用する有機EL素子は、発光層の厚さを薄くする事により例えば10V以下の低電圧での駆動が可能で応答速度も速い。また輝度が注入電流に比例するために高輝度のEL素子を得る事も可能であり、有機発光材料の種類を変える事により青緑黄赤の可視光領域全ての色の発光が得られている。
【0005】
有機EL素子の作製にあたっては、トップエミッション型であれば、TFT駆動回路のパタン化された第一の電極上に、まず複数の機能別の薄膜層からなる有機発光層を主に真空蒸着法により形成し、次に透明導電膜(第二の電極)およびパッシベーション膜が真空薄膜形成法により作製される。また、TFT駆動回路には陽極と陰極になるパタンが配設されておりこれらの絶縁とこれらにより生じる凹凸の平坦化のために平坦化膜が形成される。
【0006】
上記の有機発光層に用いられる有機材料は、水分、酸素等に弱く、また有機EL素子に用いられる電極層は酸化による劣化が著しい。このため従来の有機EL素子を大気中で駆動させると発光特性が急激に劣化するので、実用化にあたっては有機EL素子の長寿命化を図る必要がある。
【0007】
このため、従来、有機EL構造体中への水分や酸素等の浸入を防ぐために、素子の上部にガラスキャップを接着して封止したり、さらにはその中に吸湿材を充填したりする方法が試みられていた。
【0008】
しかしながら、これらの方法だと素子が厚肉化して、発光エリアを狭めたりするので、素子の最大の特徴である小型化、薄型化のためには大きな障害となる。さらに屈折率の異なるいくつもの層をEL光が通過してくる関係から光取出し効率が低下する。
【0009】
一方、近年、有機EL素子中に水分や酸素等の浸入を阻止する効果のあるシリコンと窒素を主成分とするパッシベーション膜が開発されている。ただし、いまだいくつかの問題をはらんでいて実用化には至っていない。その最大の原因はパッシベーション膜の界面密着性である。たとえば特許文献1に提示されるようなパッシベーション膜の膜厚で封止性能を維持しようとする試みもあるものの、界面からの防湿性に難点がある。
【0010】
【特許文献1】特開平10−41067号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
そこで本発明は、パッシベーション膜と平坦化膜の密着性を向上せしめ、水分や酸素等の浸入を阻止して薄型かつ高輝度長寿命の有機EL素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の目的を達成すべく成された本発明は、電気絶縁性の平坦化膜を表面に有するTFT基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第二の電極と、前記第二の電極および前記平坦化膜を覆うようにして形成されたパッシベーション膜を備える有機EL素子において、前記平坦化膜はその厚みが外周部において徐々に薄くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする。
また、前記平坦化膜は、その外周部において前記TFT基板面に対するテーパー角が60°以下であることを特徴とする。
さらに、前記平坦化膜は、表面粗度Raが4nm以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、平坦化膜の外周部をテーパー状に形成しておくことにより、パッシベーション膜と平坦化膜の密着性を向上させることができ、水分や酸素等の浸入を阻止して薄型かつ高輝度長寿命の有機EL素子が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
図1は、本発明の一実施形態に係る有機EL素子を示す模式的な部分断面図である。図1において、11はTFT基板、11aはTFT、12は平坦化膜、13は画素分離膜、14は第一の電極、15は有機発光層、16は透明導電膜(第二の電極)、17はパッシベーション膜である。
【0015】
TFT基板11は、複数の薄膜トランジスタ(TFT11a)が画素ごとに備わった構成となっており、アクティブマトリックス駆動方式で画像表示を行うものである。複数の画素がマトリックス状に配列された有機EL素子が自己発光することで画像表示がなされる。TFT11aは画素に対してのスイッチングとして機能し、画素に流れる電流をオンオフしたり、画素の発光期間中に電流値を保持したりすることで画素の発光輝度を制御する。また、TFT基板11の外周部分にドライバ回路(不図示)が備わった構成となっており、ドライバ回路が複数のTFT11aをアクティブマトリクス駆動方式で制御することで各画素に流れる電流値が決まり、各画素の階調輝度が決まる。これにより有機EL素子に画像が表示される。
【0016】
図1に示したような有機EL素子は、先ず複数のTFT11aを設けたTFT基板11の上に、例えばポジ型の感光性アクリル樹脂をスピナーで塗布した後、加熱して所定の厚さ(例えば厚さ1.6μm)の平坦化膜を形成する。このとき電極のコンタクトホールおよび外周部分に所望のパターンを形成するようフォトマスクを形成し、UV露光と現像処理さらに加熱UV処理を行い、平坦化膜12を図2に示すように厚みが外周部において徐々に薄くなるように傾斜したテーパー状に形成する。
【0017】
テーパー角の形成については、樹脂材料の感光剤や硬化剤の濃度を調整すること、またはUV露光の露光量を調整することによって角度の変更が可能となる。
【0018】
一方表面粗度については、樹脂材料の感光剤や硬化剤の濃度を調整すること、加熱UV処理の加熱温度の調整や処理時間を調整すること、または現像剤の濃度を調整することにより調整が可能となる。
【0019】
本発明においては、図2中に示すテーパー角θが60°以下であることが好ましい。このテーパー角θは、TFT基板11に対する平坦化膜の最大斜度をいうものである。また、本発明においては、平坦化膜の表面粗度Raを4nm以下に調整しておくのが好ましい。
【0020】
次に、画素を形成する部分には例えばポジ型のポリイミド樹脂からなる画素分離膜13を上記と同様にして所定の厚さ(例えば厚さ0.8μm)に形成する。
【0021】
次に、第一の電極14となる導電膜をTFT基板の画素のパタンに形成する。導電膜の材質は仕事関数の大きいCrまたはZnO等が用いられ、厚さは0.1〜1μmとすることが望ましい。
【0022】
次に、第一の電極14上に有機発光層15が形成される。この有機発光層は複数の機能別の薄膜層からなり、たとえば第一の電極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に構成される。これらは、真空蒸着法、インクジェット法などにより形成される。
【0023】
さらにこの上に電子輸送層と接するように透明導電膜(第二の電極)16が形成される。透明導電膜(第二の電極)16には通常ITOが用いられ、真空蒸着法、スパッタリング法などで形成される。
【0024】
そしてTFT基板上の平坦化膜12および第二の電極16を覆うようにシリコンと窒素を主成分とするパッシベーション膜17が真空蒸着法、スパッタリング法、PE−CVD法などで形成される。
【0025】
以上のようにして作製される本実施形態例に係る有機EL素子では、平坦化膜12の外周部をテーパー状に形成したことにより、パッシベーション膜の下地条件が良好になり、この外周部においてパッシベーション膜17と平坦化膜12の密着性を高めることができ、素子外周部からの水分や酸素等の浸入を効果的に阻止することができる。
【実施例】
【0026】
以下に本発明の有機EL素子の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【0027】
(実施例1)
感光剤や硬化剤の濃度を調整した感光性アクリル樹脂を用いて表面粗度Raを4nmに調整して、外周部テーパー角がそれぞれ40°、50°、60°、70°、となるように露光量を調整して平坦化膜をパターニングした5種類のTFT基板を作製した。
【0028】
この上に次の公知の材料を用いて有機EL素子を作製した。すなわち第一の電極としてCrを配設したTFT基板にUV/オゾン洗浄処理を施した上に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層からなる有機発光層をそれぞれ以下の材料によって真空蒸着法で形成した。
【0029】
正孔輸送層には、下記化学式1で表されるα−NPDを500nmの膜厚で成膜した。
【0030】
【化1】

【0031】
発光層には下記化学式2で表されるアルミキレート錯体(Alq3)と化学式3で表されるクマリン6を100:6の重量比率で共蒸着し50nmの膜厚で形成した。
【0032】
【化2】

【0033】
【化3】

【0034】
電子輸送層には化学式4で表されるフェナントロリン化合物を10nmの膜厚で形成した。
【0035】
【化4】

【0036】
この上にスパッタ法によるITO薄膜である第二の電極を220nmの膜厚で成膜し画素を形成した。
【0037】
さらにこの上にPE−CVD法によるパッシベーション膜を700nmの膜厚で形成した。パッシベーション膜は基板温度を60℃以下に保ち、SiH4ガス4sccm、N2ガス200sccm、高周波電力40W、圧力70Paの条件の下で成膜した。
【0038】
このようにして作製した5種類の素子サンプルに対し500時間の60℃90%の高温高湿耐久試験を行った後のダークスポットの数を計測したところ表1の値を得た。
【0039】
【表1】

【0040】
(比較例)
感光剤や硬化剤の濃度を調整した感光性アクリル樹脂を用いて表面粗度Raを4nmに調整して、外周部テーパーを設けない平坦化膜をパターニングしたTFT基板を作製した。
【0041】
これを用いて実施例1と同様にして、素子サンプルを作製してダークスポットの評価を行ったところ、ダークスポットの数は10個以上計測された。
【0042】
以上の結果から、平坦化膜の外周部にテーパーを設けることによりパッシベーション膜の防湿性能が保たれ、特にテーパー角を60°以下にすることによりその効果が大きいことが実証された。
【0043】
(実施例2)
感光剤や硬化剤の濃度を調整した感光性アクリル樹脂を用いて、露光量の調整で外周部テーパー角を60°に形成した平坦化膜において、現像剤と加熱UV時間を調整して表面粗度Raがそれぞれ3nm、4nm、5nm、6nmとなるように平坦化膜をパターニングした4種類のTFT基板を作製した。この上に実施例1と同様に有機EL素子を作製した。
【0044】
このようにして作製した4種類の素子サンプルに対し500時間の60℃90%の高温高湿耐久試験を行った後のダークスポットの数を計測したところ表2の値を得た。
【0045】
【表2】

【0046】
以上の結果から、平坦化膜の表面粗度Raを4nm以下とすることにより、パッシベーション膜の防湿性能を高める効果があることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明の一実施形態に係る有機EL素子を示す模式的な部分断面図である。
【図2】平坦化膜外周部におけるTFT基板面に対するテーパー角を説明するための図である。
【符号の説明】
【0048】
11 TFT基板
11a TFT
12 平坦化膜
13 画素分離膜
14 第一の電極
15 有機発光層
16 透明導電膜(第二の電極)
17 パッシベーション膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気絶縁性の平坦化膜を表面に有するTFT基板上に形成された第一の電極と、前記第一の電極上に形成された有機発光層と、前記有機発光層上に形成された第二の電極と、前記第二の電極および前記平坦化膜を覆うようにして形成されたパッシベーション膜を備える有機EL素子において、前記平坦化膜はその厚みが外周部において徐々に薄くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする有機EL素子。
【請求項2】
前記平坦化膜は、その外周部において前記TFT基板面に対するテーパー角が60°以下であることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。
【請求項3】
前記平坦化膜は、表面粗度Raが4nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機EL素子。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate


【公開番号】特開2006−156133(P2006−156133A)
【公開日】平成18年6月15日(2006.6.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−345101(P2004−345101)
【出願日】平成16年11月30日(2004.11.30)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】